Техническое описание конструкции

Техническое описание конструкции. Принципиальная схема УМЗЧ приведена на рис. 2. Каскад предварительного усиления вы¬полнен на быстродействующем ОУ DAI (К544УД2Б), который наряду с необходимым усиле¬нием по напряжению обеспе¬чивает устойчивую работу усилителя с глубокой ООС. Резистор обратной связи R5 и резистор R1 определяют коэф¬фициент усиления усилителя.

Выходной каскад выполнен на транзисторах VT1—VT8. Его работа была рассмотрена выше. Конденсаторы С6—С9 кор¬ректируют фазовую и частот¬ную характеристики каскада.

Стабилитроны VDI, VD2 ста¬билизируют напряжение пита¬ния ОУ, которое одновременно используется для создания не¬обходимого напряжения смеще¬ния выходного каскада. Делитель выходного напря¬жения ОУ R6, R7, диоды VD3— VD6 и резистор R4 образуют цепь нелинейной ООС, которая уменьшает коэффициент усиления ОУ, когда выходное напря¬жение усилителя мощности до¬стигнет своего максимального значения.

В результате умень¬шается глубина насыщения транзисторов VT1, VT2 и сни¬жается вероятность возникнове¬ния сквозного тока в выходном каскаде. Конденсаторы С4, С5 — корректирующие. С увели¬чением емкости конденсатора С5 растет устойчивость усили¬теля, но одновременно увели¬чиваются нелинейные искаже¬ния, особенно на высших звуко¬вых частотах.

Усилитель сохраняет работо¬способность при снижении напряжения питания до ±25 В. Возможно и дальнейшее сниже¬ние напряжения питания вплоть до ±15 и даже до ±12 В при уменьшении сопротивления ре¬зисторов R2, R3 или непосред¬ственном подключении выводов питания ОУ к общему источ¬нику питания и исключении стабилитронов VDI, VD2. Снижение напряжения пита¬ния приводит к уменьшению максимальной выходной мощно¬сти усилителя прямо пропор¬ционально квадрату изменения напряжения питания, т. е. при уменьшении напряжения пита¬ния в два раза максимальная выходная мощность усилителя уменьшается в четыре раза. Усилитель не имеет защиты от короткого замыкания и пере¬грузок. Эти функции выполняет блок питания.

В журнале «Радио» высказы¬валось мнение о необходимости питания УМЗЧ от стабилизи¬рованного источника питания для обеспечения более есте¬ственного его звучания. Дей¬ствительно, при максимальной выходной мощности усилителя пульсации напряжения неста¬билизированного источника мо¬гут достигать нескольких вольт.

При этом напряжение питания может существенно снижаться за счет разряда конденсаторов фильтра. Это незаметно при пиковых значениях выходного напряжения на высших звуко¬вых частотах, благодаря доста¬точной емкости фильтрующих конденсаторов, но сказывается при усилении низкочастотных составляющих большого уровня, так как в музыкальном сигнале они имеют большую длитель¬ность. В результате фильтрующие конденсаторы успевают разряжаться, снижается напряжение питания, а значит, и максимальная выходная мощность усилителя.

Если же снижение напряжения питания приводит к уменьшению тока покоя вы¬ходного каскада усилителя, то это может приводить и к возник¬новению дополнительных нели¬нейных искажений. С другой стороны, использо¬вание стабилизированного ис¬точника питания, построенного по обычной схеме параметри¬ческого стабилизатора, увели¬чивает потребляемую им от сети мощность и требует применения сетевого трансформатора боль¬шей массы и габаритов.

По¬мимо этого, возникает необходи¬мость отвода тепла, рассеива¬емого выходными транзисто¬рами стабилизатора. Причем за¬частую мощность, рассеиваемая выходными транзисторами УМЗЧ, равна мощности, рассеиваемой выходными транзисторами ста¬билизатора, т. е. половина мощ¬ности тратится впустую. Им¬пульсные стабилизаторы напря¬жения имеют высокий КПД, но достаточно сложны в изго¬товлении, имеют большой уро¬вень высокочастотных помех и не всегда надежны.

Если к блоку питания не предъявляется жестких требо¬ваний по стабильности напряже¬ния и уровню пульсации, что характеризует, в частности, опи¬санный выше усилитель мощно¬сти, то в качестве источника питания можно использовать обычный двуполярный блок питания, принципиальная схема которого показана на рис. 3. Мощные составные транзисторы VT7 и VT8, включенные по схеме эмиттерных повтори¬телей, обеспечивают достаточно хорошую фильтрацию пульса¬ции напряжения питания с ча¬стотой сети и стабилизацию выходного напряжения благо¬даря установленным в цепи баз транзисторов стабилитронам VD5 – VD10. Элементы LI, L2, R16, R17, С11, С12 устраняют возможность возникновения высокочастотной генерации, склонность к которой объясня¬ется большим коэффициентом усиления по току составных транзисторов.

Величина переменного напря¬жения, поступающего от сете¬вого трансформатора, выбрана такой, чтобы при максимальной выходной мощности УМЗЧ (что соответствует току в нагрузке 4А) напряжение на конден¬саторах фильтра С1—С8 сни¬жалась примерно до 46 45 В. В этом случае падение напряже¬ния на транзисторах VT7, VT8 не будет превышать 4 В, а рас¬сеиваемая транзисторами мощ¬ность составит 16 Вт. При уменьшении мощности, потреб¬ляемой от источника питания, увеличивается падение напря¬жения на транзисторах VT7, VT8, но рассеиваемая на них мощность остается постоянной из-за уменьшения потребляемо¬го тока. Блок питания работает как стабилизатор напряжения при малых и средних токах нагрузки, а при максимальном токе — как транзисторный фильтр.

В таком режиме его выходное напряжение может снижаться до 42-41В, уровень пульсаций на выходе достигает значения 200 мВ, КПД равен 90 %. Как показало макетирование, плавкие предохранители не мо¬гут защитить усилитель и блок питания от перегрузок по току из-за своей инерционности.

По этой причине было применено устройство быстродействующей защиты от короткого замыкания и превышения допустимого тока нагрузки, собранное на тран¬зисторах VTI—VT6. Причем функции защиты при перегруз¬ках положительной полярности выполняют транзисторы VTI, VT2, VT5, резисторы R1, R3, R5. R7 — R9, R13 и конден¬сатор С9, а отрицательной — транзисторы VT4, VT3, VT6, резисторы R2, R4, R6, RIO— R12, R14 и конденсатор С10. Рассмотрим работу устрой¬ства при перегрузках положи¬тельной полярности.

В исходном состоянии при номинальной на¬грузке все транзисторы устрой¬ства защиты закрыты. При уве¬личении тока нагрузки начинает расти падение напряжения на резисторе R7, и если оно превы¬сит допустимое значение, начи¬нает открываться транзистор VTI, а вслед за ним и тран¬зисторы VT2 и VT5. Последние уменьшают напряжение на базе регулирующего транзистора VT7, а значит, и напряжение на выходе блока питания.

При этом за счет положительной обратной связи, обеспечиваемой резисто¬ром R13, уменьшение напряже¬ния на выходе блока питания приводит к ускорению дальней¬шего открывания транзисторов VTI, VT2,VT5 и быстрому закрыванию транзистора VT7. Если сопротивление резистора положительной обратной связи R13 мало, то после срабатыва¬ния устройства защиты напря¬жение на выходе блока питания не восстанавливается даже пос¬ле отключения нагрузки.

В этом режиме необходимо было бы предусмотреть кнопку запуска, отключающую, например, на ко¬роткое время резистор R13 пос¬ле срабатывания защиты и в мо¬мент включения блока питания. Однако, если сопротивление ре¬зистора R13 выбрать таким, чтобы при коротком замыкании нагрузки ток не был равен нулю, то напряжение на выходе блока питания будет восстанавливать¬ся после срабатывания устройства защиты при уменьшении тока нагрузки до безопасной величины.

Практически сопро¬тивление резистора R13 выбира¬ется такой величины, при кото¬рой обеспечивается надежное включение блока питания при ограничении тока короткого замыкания значением 0,1 0,5 А. Ток срабатывания устройства защиты определяет резистор R7. Аналогично работает устрой¬ство защиты блока питания при перегрузках отрицательной по¬лярности.

Конструкция и детали. Все детали УМЗЧ и блока питания размещены на одной плате. Ис¬ключение составляют транзи¬сторы VT3, VT4, VT6, VT8 УМЗЧ, установленные на общем теплоотводе с площадью рас¬сеивающей поверхности 1200 См2 и транзисторы VT7, VT8 блока питания, размещенные на от¬дельных теплоотводах с площа¬дью рассеивающей поверхности 300 См2 каждый. Катушки LI, L2 блока питания (рис. 3) и LI усилителя мощности содержат 30—40 витков провода ПЭВ-1 1,0, намотанного на корпусе ре¬зистора С5-5 или МЛТ-2. Рези¬сторы R7, R12 блока питания представляют собой отрезок медного провода ПЭЛ, ПЭВ-1 или ПЭЛШО диаметром 0,33 и длиной 150 мм, намотан¬ного на корпусе резистора МЛТ-1. Трансформатор пита¬ния выполнен на тороидальном магнитопроводе из электротех¬нической стали Э320, толщиной 0,35 мм, ширина ленты 40 мм, внутренний диаметр магнитопровода 80, наружный — 130 мм. Сетевая обмотка содержит 700 витков провода ПЭЛШО 0,47, вторичная —2х130 витков провода ПЭЛШО 1,2. Вместо ОУ К544УД2Б мож¬но использовать К544УД2А, К140УД11 или К574УД1. Каж¬дый из транзисторов КТ825Г можно заменить составными транзисторами КТ814Г, КТ818Г, а КТ827А — составными тран¬зисторами КТ815Г, КТ819Г. Диоды VD3—VD6 УМЗЧ мож¬но заменить любыми высоко¬частотными кремниевыми дио¬дами, VD7, VD8 — любыми кремниевыми с максимальным прямым током не менее 100 мА. Вместо стабилитронов КС515А можно использовать соединен¬ные последовательно стабилитроны Д 814А и КС512А. Налаживание усилителя сводится к установке (подстроечным резистором R12) тока по¬коя выходных транзисторов VT6, VT8 в пределах 10 15 мА. Включают усилитель после проверки исправности блока питания.

Для этого, заменив резисторы R7, R12 блока пита¬ния более высокоомными (при¬мерно 0,2 0,3 0м), проверяют работоспособность блока пита¬ния устройства защиты.

Оно должно срабатывать при токе нагрузки 1 2 А. Убедившись в нормальной работе блока пита¬ния и УМЗЧ, устанавливают резисторы R7, R12c номиналь¬ным сопротивлением, указан¬ным на принципиальной схеме, и проверяют работу усилителя при максимальной мощности, контролируя отсутствие срабатывания устройств защиты. 6.